buck-boost变换器设计

湖南工程学院

课程设计

课程名称电力电子技术

课题名称Buck-Boost变化器设计

专业电气工程及其自动化

班级

学号

姓名

指导教师

2013 年6 月28 日

湖南工程学院

课程设计任务书

课程名称电力电子技术

课题Buck-Boost变换器设计

专业班级

学生姓名

学号

指导老师

审批

任务书下达日期2013年6 月17 日任务完成日期2013 年6 月28 日

目录

第一章概述 (1)

第二章系统总体方案确定 (3)

2.1 电路的总设计思路 (3)

2.2 电路设计总框图 (3)

第三章主电路设计 (5)

3.1 Buck－Boost主电路的分析 (5)

3.1.1 主电路原理分析 (5)

3.1.2 主电路运行状态分析 (6)

3.2 主电路参数的选择 (8)

3.2.1 占空比α (8)

3.2.2 电感L (9)

3.2.3 电容C (10)

第四章控制电路设计 (12)

4.1 主控制芯片的详细说明 (12)

4.1.1 SG3525 简介 (12)

4.1.2 SG3525内部结构和工作特性 (12)

4.2 控制单元电路设计 (16)

4.3 检测及控制保护电路设计 (16)

4.4 驱动电路设计 (17)

4.5 Matalab的建模和参数设置 (18)

总结 (22)

参考文献 (24)

附录1 (25)

附录2 (26)

附录3 (27)

第一章概述

《电力电子技术》课程是一门专业技术基础课，电力电子技术课程设计是电力电子技术课程理论教学之后的一个实践教学环节。其目的是训练学生综合运用学过的变流电路原理的基础知识，独立完成查找资料、选择方案、设计电路、撰写报告的能力，使学生进一步加深对变流电路基本理论的理解和基本技能的运用，为今后的学习和工作打下坚实的基础。电力电子技术》课程设计是配合变流电路理论教学，为电气工程及其自动化专业开设的专业基础技术技能设计，课程设计对自动化专业的学生是一个非常重要的实践教学环节。通过设计能够使学生巩固、加深对变流电路基本理论的理解，提高学生运用电路基本理论分析和处理实际问题的能力，培养学生的创新精神和创新能力。

随着电力电子技术的迅速发展，高压开关稳压电源已广泛用于计算机、通信、工业加工和航空航天等领域。直流斩波电路作为直流电变成另一种固定电压的DC-DC变换器，在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到广泛的应用。随之出现了诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路。直流斩波技术已被广泛运用于开关电源及直流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波能领域得到了广泛的应用。但以IGBT为功率器件的直流斩波电路在实际应用中需要注意以下问题：（1）系统损耗的问题；（2）栅极电阻；（3）驱动电路实现过流过压保护的问题。直流斩波电路实际上采用的就是PWM技术，这种电路把直流电压斩成一系列脉冲，改变脉冲的占空比来获得所需要的输出电压。PWM控制方式是目

前才用最广泛的一种控制方式，它具有良好的调整特性。随电子技术的发展，近年来已发展各种集成式控制芯片，这种芯片只需外接少量元器件就可以工作，这不但简化设计，还大幅度的减少元器件数量、连线和焊点。

第二章系统总体方案确定

2.1 电路的总设计思路

Buck变换器电路可分为三个部分电路块。分别为主电路模块，控制电路模块和驱动电路模块。

主电路模块，由IGBT的开通与关断的时间占空比来决定输出电压u。的大小。

控制电路模块，可用SG3525来控制IGBT的开通与关断。

驱动电路模块，用来驱动IGBT。

2.2 电路设计总框图

电力电子器件在实际应用中，一般是有控制电路，驱动电路，保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。有信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断，来完成整个系统的功能。因此，一个完整的降压斩波电路也应该包括主电路，控制电路，驱动电路和保护电路致谢环节。

根据升-降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动及保护电路，设计出降压斩波电路的结构框图如图2-1所示。

图2-1 降压斩波电路的结构框图

第三章主电路设计

3.1 Buck－Boost主电路的分析

3.1.1 主电路原理分析

升降压斩波电路的原理图如图3-1所示。由可控开关Q、储能电感L、二极管D、滤波电容C、负载电阻RL和控制电路等组成。

图 3-1 Buck－Boost主电路原理图

当开关管Q受控制电路的脉冲信号触发而导通时，输入直流电压V1全部加于储能电感L的两端，感应电势的极性为上正下负，二极管D反向偏置截止，储能电感L将电能变换成磁能储存起来。电流从电源的正端经Q及L流回电源的负端。经过ton时间以后，开关管Q受控而截止时，储能电感L自感电势的极性变为上负下正，二极管D正向偏置而导通，储能电感L所存储的磁能通过D向负载 RL释放，并同时向滤波电容C充电。经过时间Toff后，控制脉冲又使Q导通，D截止，L储能，已充电的 C 向负载RL放电，从而保证了向负载的供电。此后，又重复上述过程。由上述讨论可知，这种升降压斩波电路输出直流电压V2的极性和输入直流电压升降压斩波电路V1的极性是相反的，故也称为反相式直流交换器。